Olas gigantes en las Costas Españolas

Fuente: Veintepies

Hasta hace pocos años, las olas gigantes (freak o rouge waves) fueron consideradas como leyendas o mitos en la comunidad marítima aunque los relatos de marineros y los daños infligidos a barcos sugerían su existencia. Las primeras pruebas llegaron en forma de documentos fotográficos.


Faltaba la evidencia científica que llegó cuando se midió una ola gigante de 30 metros de altura en la plataforma petrolífera Draupner en el Mar del Norte el 1 de enero de 1995. Hoy en día se las conoce como un fenómeno natural de los océanos.

Durante el Proyecto MaxWave, liderado por el instituto alemán GKSS, los investigadores, mediante imágenes del Radar de Apertura Sintética (SAR) de los satélites ERS-1 y ERS-2 de la Agencia Espacial Europea, identificaron un significativo número de señales que probaban que las olas gigantes se podían encontrar con una mayor frecuencia de lo que se esperaba hasta entonces, teoría refrendada en estudios posteriores.

Las olas gigantes han sido citadas en los medios de comunicación como la posible causa de la súbita e inexplicable desaparición de muchos barcos transoceánicos. Aunque podría ser una causa creíble de muchas pérdidas inexplicables no hay hasta ahora evidencias claras, salvo algunos documentos fotográficos, ni tampoco ningún caso donde haya sido la causa confirmada.

Se ha especulado mucho sobre las posibles causas de la formación de este tipo de olas. Las más probables parecen ser la interacción con corrientes, que produciría en efecto de asomeramiento (shoaling), el hecho de que varias olas se puedan encontrar en fase sumándose sus amplitudes y efectos no lineales por los que una ola absorbería la energía de las olas colindantes. De los testimonios de testigos que han presenciado estas olas, se puede hacer una clasificación de las freak waves: olas “asomeradas” (con una altura de valle normal y una altura de cresta desmesurada); muros de agua que se propagan varios kilómetros; grupos de tres olas mucho mayores que las colindantes (las llamadas “tres hermanas”) y solitarias olas gigantes que se colapsan en varios segundos.

¿CUANDO SE CONSIDERA QUE UNA OLA ES GIGANTE?
Para entender los criterios para calificar una ola como gigante hace falta primero conocer una serie de parámetros relacionados con el oleaje. Normalmente, cuando medimos el oleaje lo hacemos durante unos 20 o 30 minutos, durante los cuales se miden varios centenares de olas y a partir de ellas se calculan los parámetros de altura, periodo y dirección que definen el estado del mar.

La altura significante es la media del tercio de olas más altas y es algo superior a la altura media. Este parámetro se utiliza tradicionalmente ya que coincide con bastante exactitud con lo que un observador experimentado diría que miden las olas a simple vista (el ojo humano tiende a sobreestimar las medidas). Esta forma de estimación de la altura de ola se ha utilizado en las rutas de barcos por todo el mundo desde mediados del siglo XIX, lo que se conoce como observaciones visuales de barcos en ruta, y fueron recopiladas por la NOAA, siendo un conjunto bastante fiable desde 1950 y muy utilizado en zonas donde no existen instrumentos de medida.

Si consideramos un registro de oleaje con sus N olas individuales y llamamos Hz a la altura de una ola individual, Hc a la altura de cresta de una ola individual (ver fig. 5) y Hs a la altura significante del registro, WMO (1998), existen dos criterios para considerar una ola como “gigante”, Dysthe et al. (2008):

1.) La altura de ola individual (Hz) es mayor que el doble de la altura significante (Hs):
Hz / Hs > 2.

2.) La altura de cresta es mayor que 1.25 veces la altura significante (Hs):
Hc / Hs > 1.25.

Según estas definiciones, las freak waves no son siempre olas de más de 20 metros, sino olas desproporcionadamente grandes respecto a las colindantes (freak = insólito, inesperado) que aparecen en todos los umbrales de altura.

Durante un temporal en alta mar en el Atlántico es habitual encontrar olas de 7 metros, pocas veces nos encontramos con olas de 15 metros y de manera excepcional se encuentran olas de más de 20 metros. Durante el mayor temporal registrado en las Costas Españolas (24 Enero 2009), se registraron estas olas excepcionales, con más de 26 metros frente a Santander, 23 metros en la zona de Estaca de Bares y 21 metros en la costa de Bilbao y sin embargo, ninguna de ellas cumple el criterio de ola gigante. Sí son olas gigantes (superan el doble de la altura significante) las medidas en otros grandes temporales con 22 metros en Bilbao el 8 de marzo de 2008, y más de 23 metros frente al Cabo de Peñas el 9 de diciembre de 2007. En el Mediterráneo, las máximas olas registradas superan los 12 metros y la máxima que cumple el criterio de ola gigante mide 11 metros y medio. Como se puede comprobar, las máximas olas registradas en nuestras costas son del mismo orden tanto si se las puede considerar como gigantes como si no, por lo que no se puede hablar de ellas como realmente extraordinarias.

¿Por qué entonces se habla de su peligrosidad?
Como se ha mencionado antes, cuando medimos el oleaje lo hacemos durante una media hora, y la máxima altura de ola que nos encontramos durante ese periodo suele ser 1.5 o 1.6 veces la altura significante y una ola gigante superaría las 2 veces ese valor. Realmente la mayoría de estas olas se producen en estados de mar en relativa calma. No tiene nada de particular encontrarse con una ola de 1 metro cuando las de su alrededor miden medio metro.

Pero en un registro de un temporal normal de invierno con una altura significante de 7 metros, la máxima altura que cabe esperarse estaría en torno a 10 u 11 metros y sin embargo, una ola gigante podría sobrepasar los 15 metros. Ese carácter de inesperables o insólitas, por encontrarse rodeadas de otras de menor tamaño, es lo que hace peligrosas a estas olas.

Consideraciones sobre los criterios de freak waves
Una consideración importante en este estudio es que los criterios para definir una freak wave son relativamente arbitrarios. Respecto al criterio 1 (Hz/Hs > 2), en un registro de oleaje, la altura máxima de oleaje (Hmax) normalmente se encuentra entre 1.4 y 1.8 veces la altura significante (Hs), con 1.6Hs como el valor más probable, pero la relación toma valores continuos desde 1.2 hasta 2.5. En la figura 6 se puede ver un gráfico con los valores de la relación Hmax/Hs para los 32.000 registros seleccionados para este estudio de la boya de Vilano-Sisargas y su distribución asociada. Se ha marcado en azul el límite por encima del cual se considera que una ola es una freak wave. El comportamiento para el criterio 2 es similar.

ESTUDIO SOBRE LAS OLAS GIGANTES EN AGUAS ABIERTAS ESPAÑOLAS
Puertos del Estado dispone de varias redes de medida. Una de ellas es la Red Exterior de boyas multipropósito. Son boyas provistas de un sensor de oleaje direccional y fondeadas lejos de la costa donde los efectos de la batimetría y de la línea de costa no afectan a las medidas. Gracias a estas boyas, se tienen los registros de las series brutas de elevaciones de la superficie del mar con los que las olas gigantes pueden ser detectadas y estudiadas estadísticamente.

Descripción del estudio realizado
De todas las boyas de la Red Exterior, se seleccionaron 4 ubicadas en posiciones sometidas a diferentes condiciones de oleaje, de las que se extrajeron un total de 84.000 registros brutos por el mismo tipo de sensor (Direccional WaveRider de Datawell).: Costa de Galicia (Vilano-Sisargas: ~32.000 registros), Islas Canarias (Gran Canaria: ~12.000 registros), Golfo de Cádiz (Cádiz: ~16.000 registros), y Mar Mediterráneo (Tarragona: ~24.000 registros)

Cada uno de los registros analizados tiene 2048 medidas de la elevación de la superficie del mar cada 0.78125 seg, con lo que la duración total del registro es aproximadamente de unos 26 minutos. Las estadísticas se presentan en forma de porcentajes de aparición dado que el número total de registros analizados no es el mismo en todas las boyas.

El estudio ha consistido en la detección de todas las olas que cumplían los criterios de las freak waves y en un análisis estadístico de los resultados para estudiar la posible variabilidad geográfica, la variabilidad a lo largo del año y por umbrales de altura.

Ejemplos de freak waves medidas en las costas españolas
La presencia de freak waves en los registros estudiados es frecuente y constante. Antes de entrar en detalle sobre los resultados obtenidos, se muestran tres ejemplos de las olas gigantes detectadas que fueron registradas por la boya de Vilano-Sisargas de la Red Exterior de boyas de Puertos del Estado.

La primera de ellas es la freak wave de mayor altura encontrada en la muestra en estudio. Es una ola de casi 18 metros de altura registrada el día 27/12/2006 y que cumple el criterio 1 (Hz > 2.0 Hs). La segunda (figura 9) una ola “asomerada” que cumple el criterio de cresta (Hc > 1.25 Hs) medida el 27 de marzo de 2004. La tercera (figura 10), es una ola registrada el día 18/03/2006, que cumple a la vez ambos criterios (1 y 2) y que aparece en medio de otras dos olas también de gran altura asemejándose a un grupo de “tres hermanas”.

Resultados estadísticos del estudio.
Se ha analizado estadísticamente la presencia de freak waves en la muestra seleccionada para el estudio. El análisis se ha realizado en función de distintos factores. En la figura 11 se muestran los porcentajes de aparición según criterio de freak waves y por umbral de altura. En los gráficos se puede observar que la frecuencia de aparición es muy constante y relativamente elevada en todas las boyas (entre el 2% y el 4%). El estudio por umbrales de altura es particularmente complicado ya que al estar las estaciones de medida sometidas a diferentes condiciones atmosféricas, cada una tiene su particular escala de alturas de ola aunque esa misma constancia se ve reflejada claramente.

Se aprecia como los porcentajes son mayores en la boya de Tarragona y menores en las de Vilano y Gran Canaria. Además, para el criterio 2 (olas “asomeradas”) hay una cierta modulación anual con una mayor presencia los meses de verano e invierno muy notable en la boya del Mediterráneo.

Las boyas no miden en continuo sino que cada registro (de 1600 segundos para las boyas del estudio), se mide una vez cada hora. Sabiendo que en un día hay exactamente 86400 segundos, y teniendo en cuenta el número medio de olas por registro, el número de registros analizados y el número de freak waves encontradas para cada posición, se puede estimar cuantas olas al día cumplen el criterio de ser una freak wave. Estas cifras están en torno a 1-2 olas freak por día en las cuatro ubicaciones. La aparición de olas insólitas parece claramente más frecuente en la boya de Tarragona, sometida a oleaje de mar de viento, y por tanto, a olas de menor periodo, por tanto es cierto que aparecen más olas freak en esa ubicación, pero también es cierto que hay más olas al día que en el resto de las posiciones.


ESTUDIO SOBRE LAS OLAS GIGANTES EN EL ENTORNO COSTERO DEL PUERTO DE BARCELONA
En el mes de diciembre de 2008, durante un fuerte temporal, tres personas fallecieron en Barcelona, una de ellas en el dique Sur del mismo Puerto. La zona se encontraba en alerta por la previsión del mal tiempo. Lamentablemente, no hubo medidas de aquel día ya que la boya que habitualmente opera en la bocana del Puerto se encontraba en tierra a la espera de que se designara una posición segura para su fondeo tras varios accidentes provocados por el tráfico marítimo de la zona. Testigos presenciales de los accidentes describieron como las víctimas eran arrastradas por una ola o un “golpe de mar”. Dado que no hubo medidas durante esos días, pero sí se tienen registros históricos en la zona, se ha estudiado la presencia de olas gigantes en el entorno portuario.

Los registros analizados corresponden a dos boyas denominadas: “Barcelona” y “Barcelona Sur”. Hay que tener mucho cuidado al analizar estos registros ya que no se trata del mismo sensor de medida. La boya de Barcelona mide durante 1295 segundos (~21 minutos) y la de Barcelona Sur, durante 2560 segundos (~42 minutos), es decir, el doble de tiempo en cada registro. Por eso, el número medio de olas en cada registro es de 238 para la primera y de 469 para la segunda. Sin embargo, si calculamos el número medio de olas por día, aquí el número es prácticamente idéntico (15829/15828). Analizando la presencia de freak waves para cada boya, nos encontramos con un resultado llamativo: la presencia en la boya de Barcelona es apreciablemente mayor: 1 de cada 7740 olas frente a 1 de cada 9928 en Barcelona Sur.

Si observamos el gráfico de la relación de Hmax/Hs (figura 13) para ambas boyas podemos apreciar que mientras para Barcelona Sur, las máximas alturas registradase encuentran bajo la diagonal (no son freak waves), para la boya de Barcelona, dos de las mayores alturas máximas registradas sí son freak waves. Además, para ésta última hay una concentración de olas freak para registros de oleaje bajo.

Sin duda, el comportamiento de las olas gigantes para la boya “Barcelona Sur” es diferente de las otras boyas, lo que lleva a pensar que algún efecto local pueda estar interfiriendo en el oleaje y produciendo una mayor incidencia de este tipo de olas. En la figura 14 se puede ver la posición de ambas boyas. La de “”Barcelona está fondeada en una zona con 68 metros de profundidad, mientras que la de la boya “Barcelona Sur” es de tan sólo 28 metros.

CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS
Las freak waves existen según los criterios que las definen, se tienen medidas de ellas y su presencia es más frecuente de lo que se creía (entre 1 y 2 al día para los puntos analizados).

Según el estudio realizado se aprecian diferencias zonales en las boyas estudiadas, con una mayor frecuencia de aparición en el Mediterráneo, y sobre todo en la boya de Barcelona. Para algunas zonas parecen existir diferentes frecuencias de aparición según la época del año, mejor definidas para el criterio 2 (olas con “asomeramiento”) siendo más frecuentes en verano e invierno.

Aún con diferencias, su frecuencia de aparición es muy constante en todos los aspectos estudiados (variabilidad geográfica, estacional y por umbrales de altura) y se mantiene para olas con Hs > 6 metros (Vilano). Este hecho unido a la aparente arbitrariedad en la definición de una ola como freak wave hacen en cierto modo cuestionables los criterios para considerar una ola como “insólita” o freak.

Las siguientes líneas de trabajo pasan por ampliar la muestra para obtener resultados más fiables. El siguiente paso sería estudiar todos los datos de todas las boyas posibles, ampliando el número de boyas costeras en el estudio para comprobar si el aumento de frecuencia de aparición de freak waves que se observa en Barcelona, se produce en otras ubicaciones a medida que nos acercamos a la costa.

Otras futuras líneas podrían ser: comparar resultados de boyas cercanas para afianzar las pautas zonales; comparación con presencia de corrientes para posible pauta estacional en criterio 2; estudiar la presencia de freak waves por umbrales de altura adaptados a cada zona; relación con periodos de oleaje y con registros en desarrollo de tormentas; estudiar la posible propagación a costa (detección de la misma ola en boyas cercanas exterior-costera); posible relación con situaciones atmosféricas, etc….

Finalmente es necesario remarcar que aunque pequeña, la aparición de estas olas, que doblan el valor de la altura significante, es también significativa y constante y puede ocasionar graves daños personales y materiales en construcciones costeras por lo que es necesario tenerlas en cuenta con propósitos de diseño en ingeniería portuaria.

Artículo preparado por Marta de Alfonso del Área de Conocimiento de Medio Físico de Puertos del Estado (Ministerio de Fomento)